填方路基作為預制梁場的技術分析

李發均

（中鐵二十三局集團第三工程有限公司，四川 成都 611130）

近年來，我國交通事業飛躍發展，隨著國家宏觀調控政策的改變，高速公路的設計理念、設計思路也隨之發生了重大變化，由原來的適用性、經濟性轉變為科學性，最大限度地保護生態環境、保護農業耕地，因此高速公路從設計方面就提出了“致富路、生態路、環保路”的設計新概念、新理念。從而導致高速公路橋梁數量、隧道數量的比例增加較快，施工方面的預制梁場選址規劃已成為山區高速公路建設施工中越來越重要的環節。

在山區復雜地形條件下，預制梁場的選址規劃和建設施工往往面臨著許多問題和制約。如何對預制梁場進行合理的規劃布置，科學的建設施工，對施工單位的管理人員來說也是一個全新的課題和巨大的挑戰。對于建設施工過程中的預制梁場來說，梁場規劃布置的合理性和科學性，都將直接影響著梁場在高速公路施工中作用的發揮，對于工程項目的順利進行以及施工單位的經濟效益起著至關重要的作用。

梁場選址規劃上又增加了難度，既要選擇在離橋梁較近的地方，又要選擇在場地較寬敞，沉降量較小的地段，所以不可避免選擇在填方路基上。要保證梁場建設完成投入使用后，在預制梁的施工生產過程中，不會因為梁場建設過程中施工質量問題，從而影響到預制梁的施工生產質量，因此這就顯現出來了路基填方地段作為梁場地址規劃與建設的重要性越來越明顯。本文結合天府仁壽大道三繞至大化段2#預制梁場的選址、臺座設計、承載力檢算等方面說明填方路基作為預制梁場的應用。

1 工程概況

天府仁壽大道三繞至大化段工程項目線路設計起點位于成都第三繞城高速公路黑龍灘立交以南，線路設計終點與已建成的天府仁壽大道大化段順接，路線長度為12.459km。全線共有橋梁13座，共有T梁1033片，全線共設有2個梁場，1#梁場25mT梁471片，2#梁場25mT梁394片、40mT梁168片。路線穿越淺切丘陵地貌，路線通過處地形起伏不大，沿線地表基巖零星出露，覆蓋層分布不均，山坡地段主要為坡殘積粉質黏土，厚約0～1.2m，丘間平壩及溝谷地帶主要為坡洪積、沖洪積層粉質黏土和軟土，粉質黏土厚約1.5～6.0m，軟土厚約0.5～2.5m。基巖為泥巖、砂巖、粉砂巖不等厚互層。

2 梁場的場址選擇

2.1 預制底座計算

2#梁場預制25m預應力混凝土T形梁為394片，25mT梁梁高為175cm、底寬為60cm、頂寬為160cm；預制40m預應力混凝土T形梁為168片，40mT梁梁高為250cm、底寬為60cm、頂寬為160cm。T梁的預制生產時間按10個月計算，T梁架設安裝時間延后1個月，工期也按10個月計算。T梁運輸吊裝設備考慮1.5個月的安拆時間，每片T梁的預制生產周期按10天進行計算，根據經上數據分析需要預制梁底座數量為：

25mT形梁底座：394×10÷10÷30=13.13，取15個

40mT形梁底座：168×10÷10÷30=5.6，取10個（含3個鋼筋胎模）

底座面積：15×(25+2)×(1.6+1)+10×(40+2)×(1.6+1)=2145m2

2.2 吊裝設備

經多方面考慮與多年的施工經驗，為方便預制T梁施工生產、運輸和安裝等多方面的因素，按線路前進方向縱向設置制梁底座，縱向布置成5排，每排設置5個，臺座與臺座之間的凈間距為2.5m，梁場寬度為5×1.6+4×2.5+2×2+1.5（10t龍門吊與80t龍門吊間的安全距離）+6.5（架梁通道寬度）=30m。提升預制梁2臺80t龍門吊跨度為30m，高為12m。預制T梁雙導梁架橋機按長40m梁配置，由于T梁預制與安裝時間差為1個月，再考慮架橋機1.5個月的安拆時間，龍門吊的設備攤銷時間按12.5個月計算；架橋機的設備攤銷時間按11.5個月計算。

2.3 臨時軌道及其他

存梁區長度考慮110m，鋼筋加工棚按長60m設置，因此預制場的長度為：3×27+2×42+10×3（梁兩端工作距離）+2×7（制梁區與存梁區及鋼筋加工棚間的距離）+110+60=379m（此處取380m）。

考慮到T梁架設、運輸的方便，預制梁場存梁區與橋頭相接，同時應考慮到預留出架橋機拼裝調試長度，按最大跨徑T梁40m的兩跨長度80m進行計算，則路基上80t龍門吊30m跨軌道長度為(380-60+80×2)×2=960(m)，10t龍門吊22m跨軌道長度為(380-110)×2=540(m)。因倉庫辦公生活等的需要，再增加70m。所以，平場地的面積：（30+2×2.5)×(380+70)=15750(m2)，占地面積為23.62畝。場地硬化的面積：450×32-2145=12255(m2)。全部鋪20cm砂礫后，水泥混凝土硬化厚20cm。

2.4 梁場位置確定

天府仁壽大道三繞至大化段線路位于龍泉山脈二峨山低山地貌。除了橋梁與隧道，其他地段多為深挖高填，路基挖填變化頻繁，挖方路基較短，選址十分困難。針對以上情況及現場實際情況，有下面方案可以選擇。

1）選擇在路線外，選取場地較平整、地質條件較好的山谷地作為預制梁場場地。

2）選擇在路線紅線內，盡量利用路基挖方段作為預制梁場場地用，因挖方路基長度不滿足要求時，需要利用填方路基，才能保證預制梁場場地尺寸的要求。

經過多方案比選最終確定在府君大橋橋尾K22+120～K22+500段路基作為預制梁場（其中K22+280～K22+500段為填方地段）。

3 梁場處理

3.1 填前地表處理

進場后，先清理現場，地表附作物、伐樹挖根，清除地表0.5～1.0m耕植土。

當場地清理結束后，立即進行路基基底回填碾壓處理。同時對路基兩側進行臨時排水溝開挖，形成貫通有效的排水系統，排除地表水和降低地下水位。采用平行與流水作業相結合的施工方法，確保路基填方順利完成。

3.2 路基填筑施工

填方路段施工應嚴格按照設計圖紙和施工規范要求進行施工，每一層填料按規范及試驗路段要求的松鋪厚度后進行碾壓密實，壓實后的實際路基寬度應大于設計路基寬度。路堤分層填筑時，必須從原地面最低處逐層分層填筑，分層壓實。并每填筑3米進行沖擊碾壓一次，確保碾壓質量，減小沉降量。梁場填方地段填筑到路基96區頂面后，設置好縱橫向排水坡度，作好路肩擋水沿，及時施作填方坡面防護并作好綠化。

4 臺座設計

路基填方填至96區頂后，反向開挖預制梁臺座基礎，設置C25混凝土基礎，基礎埋置深度60cm，寬度120cm；臺座采用C35鋼筋混凝土，臺座尺寸高為35cm，寬為60cm。為了增加抗拉強度，降低和減少地基及預制梁臺座及基礎的不均勻沉降，造成對制梁臺座的影響，以及預制T梁在預應力張拉時對臺座壓縮變形，考慮到預應力混凝土T梁在預應力張拉時，均布壓應力逐漸向T梁兩端的臺座移動，逐漸將力傳至臺座基礎上，在基礎底部設置單層鋼筋網片；臺座設置鋼筋骨架。臺座頂面尺寸與預制T梁梁底面尺寸相同，臺座頂面出露的棱角用槽鋼包邊，以防止臺座在使用過程中掉塊缺角，并在臺座頂面設置厚6mm鋼板，在臺座兩端支座位置附近預留寬30cm吊運梁用的鋼絲繩穿槽口，同時在臺座兩側設置固定模板用的對拉孔。臺座頂面和兩邊必須平順平整光滑，以保證側模的安裝就位和T梁底的平整度。為了有效防止預制T梁預應力張拉后上拱度過大，必須在預制T梁臺座上設置向下的二次拋物線反拱（包括梁頂）。

臺座設計如圖1。

圖1

5 基礎及臺座承載力檢算

5.1 預制40mT梁參數

地基為96區填方路基，承載力取[fao]=150KPa

40米T梁自重115T，G1=115×9.8=1127KN

40米T梁模板預估重40T，G2=40×9.8=392KN

混凝土澆筑時施工人員荷載，按12人計，G3=12×0.085×9.8=10KN

臺座基礎尺寸：長42m、寬1.2m、厚0.6m

臺座尺寸：長41m、寬0.6m、厚0.35m

臺座及基礎體積：V=42×0.6×1.2+41×0.6×0.35=38.85m3

臺座及基礎重力：G4=38.85×2.5×9.8=951.83KN

C35混凝土軸心抗壓強度設計值[fcd]=16.7MPa(依據《混凝土結構設計規范》2015年版 GB50010-2010 20頁)

C25混凝土軸心抗壓強度設計值[fcd]=11.9MPa

5.2 臺座地基承載力驗算

在預應力混凝土T梁施工過程中，對地基的壓力最大的時候是在混凝土澆筑時，所以總的對地基的壓力最大值為：

Fmax=G1+G2+G3+G4=1127+392+10+951.83=2480.83KN

對每平米地基的壓力為：

f=Fmax/A=2480.83/(42×1.2)=49.22KPa＜[fao]=150KPa

所以，地基承載力滿足要求。

5.3 張拉前臺座受力驗算

臺座張拉前的受力簡圖如圖2。

圖2

5.3.1 上層臺座驗算

上層臺座混凝土為C35，[fcd]=16.7MPa

40米預制T梁張拉前與臺座間的接觸最小長度：L=39.7m

臺座寬度：B=0.6m

張拉前T梁對臺座的壓力大小為F1=G1=1127KN

f1=F1/A=F1/LB=1127/(39.7×0.6)=47.31KPa

=0.0473MPa＜[fcd]=16.7MPa

所以，張拉前臺座受力滿足要求

5.3.2 下層臺座基礎驗算

下層臺座基礎混凝土為C25，[fcd]=11.7MPa

上層臺座自重：G上=41×0.6×0.35×2.5×9.8=210.95KN

張拉前臺座基礎所受的壓力大小為：

F2=G1+G上=1127+210.95=1337.95KN

f2=F2/A=1337.95/(42×1.2)=0.027MPa＜[fcd]=11.9MPa

所以，張拉前臺座基礎受力滿足要求。

4 張拉后臺座受力驗算

張拉后，預制T梁受到預應力擠壓，導致T梁向上起拱，T梁中部脫空，離開臺座面，現在只有預制梁兩端與臺座兩端接觸，形成兩個支點，可以看成臺座受到兩個點荷載的作用，假設采的全部重量主要作用于兩端的基礎上，臺座張拉后的受力簡圖如圖3。

圖3

根據上圖分板可知，臺座兩端作用荷載為：

F3=G1/2=1127/2=563.5KN

因此預應力預制T梁與預制梁臺座的最為不利的接觸面積為：

基礎面積為A2=2×1=2m2

張拉后對地基的壓應力為：

f3=F3/A2=563.5/2=281.75KPa=0.282MPa＜[fcd]=11.9MPa

所以，預應力張拉后，臺座受力滿足規范要求；梁預應力張拉時基礎能承受壓力而處于穩定狀態。

根據以上計算結果，可以分析得出以下結論：預應力混凝土T梁在施工過程中，以及在預應力張拉完成后，T梁預制臺座傳遞給臺座基礎的實際應力遠遠小于地基允許承載力，所以變形很低，而且還很有限，所以地基情況是處于穩定狀態的。

6 結束語

預制梁場臺座建成驗收合格后，投入預制梁施工生產后，經過了沉降點，總沉降量控制在8mm以內，且為均勻沉降；位移點為10mm；以及各項指標的檢測與檢查和經過雨季的考驗，T梁臺座結構依然穩定、牢固，由此證明臺座是安全的，對臺座的使用沒有任何影響。

因此在填方路基地段上設置預制梁場，特別是在山區高速公路施工中以及在無法征用臨時用地的情況下采用具有較高的應用價值，值得借鑒與推廣。